【研究意义】红树林湿地生态系统具有高生产力的特点，通过潮汐的作用与其毗邻水域进行有机碳、氮、磷等营养盐的交换，是维持近海生物生产力的基础^[1]。据估计，全球海洋中大于10%的陆源输入的溶解有机碳来自于红树林湿地^[2]。红树林湿地同时是巨大的碳储库与碳汇，在全球碳循环中发挥着重要的作用^[3]。沉积物是碳的重要埋藏地，研究红树林湿地沉积物中有机碳、氮的分布与影响因素，对了解其生物地球化学循环过程及生态作用具有重要的意义。【前人研究进展】九龙江口红树林是福建省面积最大、种类最多、生长最好的红树林分布区。关于九龙江口红树林湿地的研究中，余小青等^[4]研究了沉积物中碳氮的平面分布，发现碳氮含量随着潮位升高而升高的分布特征。潘齐坤等^[5]研究了九龙江口红树林湿地沉积物中氮的形态和分布特征，显示总氮中有约19%为可转化态，且可转化态与总氮含量同样呈现高潮位含量高的特征。【本研究切入点】目前对于影响九龙江口红树林湿地沉积物中有机碳和氮平面分布的影响因素，以及对于沉积物中碳、氮的来源归宿仍缺乏深入的研究与探讨。【拟解决的关键问题】以九龙江口红树林湿地为研究对象，深入研究沉积物中总有机碳(TOC)和总氮(TN)的含量与分布特征，探讨沉积物中碳、氮的控制因素及其来源，加深对红树林湿地沉积物中有机碳、氮的生物地球化学循环过程的认识，为红树林湿地的环境管理提供科学依据。

九龙江是福建省的第二大河流，年平均入海径流量为1.48×10¹⁰ m³，流域面积1.36×10⁴ km²。九龙江口红树林保护区是福建省级红树林保护区，是省内面积最大、种类最多的红树林分布区。研究区域位于九龙江口浒茂洲甘文片区的红树林湿地，主要树种为秋茄。

于2012年8月，在九龙江口红树林保护区布设4条断面(A、B、C、D)，共采集10个表层沉积物样品(图 1)。沉积物样品置于洁净的塑料密封袋中，带回实验室冷冻保存。

图 1 (Fig. 1)

图 1 九龙江口红树林湿地沉积物样品采样区域与采样点分布 Fig.1 Study area and sampling sites in mangrove wetlands in the Jiulong River estuary

沉积物样品于60℃烘干，用玛瑙研钵捣碎混匀，尽量保持样品的自然粒度^[6]。取一定量沉积物样品，加纯水后超声分散，用激光粒度仪(Cilas 1190L)测定沉积物的粒度。根据沉积物粒度累积百分含量，得到沉积物中值粒径(Median)及砂(0.063~2.000 mm)、粉砂(0.004~0.063 mm)和粘土( < 0.004 mm)的含量。沉积物中值粒径用PHI值表示：

Median(PHI)=-log₂D₅₀，

D₅₀为累积百分含量达到50%时对应的粒径(mm)。

用重铬酸钾氧化法测定表层沉积物中TOC的含量^[7]；用过硫酸钾氧化法测定表层沉积物中TN含量^[8]。

用软件SPSS19对相关数据进行Spears相关性分析。

九龙江口红树林湿地沉积物的中值粒径、粘土、粉砂和砂含量范围如表 1所示。九龙江口红树林湿地沉积物中值粒径为6.73~7.41 Φ，变异系数较小(2.76%)，说明沉积物粒径差异较小，研究区域内水动力环境条件较为一致。中值粒径分布与粘土含量分布相似(图 2)，B、D断面沉积物中值粒径较高，沉积物颗粒较细，与这两断面沉积物中粘土含量较高(26.72%~35.28%)相一致。

表 1(Table 1)

表 1 九龙江口红树林湿地沉积物的粒度特征 Table 1 Grain size characteristics of mangrove sediments in the Jiulong River estuary 项目 Items 范围 Range 均值 Mean (M±SD) 变异系数 Coefficient of variation (%) 中值粒径 Median 6.73~7.41Φ (7.07±0.20)Φ 2.76 粘土 Clay 22.17%~35.28% (27.77±3.83)% 13.78 粉砂 Silt 64.72%~76.50% (72.07±3.61)% 5.00 砂 Sand 0.00%~1.29% (0.17±0.40)% 241.45 分选系数 Sort 2.39~3.16 2.72±0.25 9.11
	表 1 九龙江口红树林湿地沉积物的粒度特征 Table 1 Grain size characteristics of mangrove sediments in the Jiulong River estuary

图 2 (Fig. 2)

图 2 九龙江口红树林湿地沉积物的中值粒径、粘土、粉砂和砂含量的平面分布 Fig.2 Spatial distributions of median and contents of clay, silt and sand in mangrove sediments in the Jiulong River estuary

沉积物中砂含量除站位A3外，范围为0.00~0.18%，含量均极低，且变化小。站点A3砂含量较高(1.29%)，与其它站位含量差异较大，可能是由测量失误所导致。沉积物中主要成分为粉砂(平均74.64%)，沉积物类型主要为粘土质粉砂，少部分站位(A1、A3和C3) 粉砂含量高于75.00%，沉积物为粉砂类型。A和C断面沉积物中粉砂含量较高(平均74.00%)，B和D断面中含量较低(平均69.17%)。沉积物分选系数为2.39~3.16，说明沉积物分选差^[9]。

九龙江口红树林沉积物中TOC和TN的含量范围如表 2所示。TOC含量的变异系数为38.74%，TN含量的变异系数为19.06%。较之沉积物粒度，沉积物中TOC和TN含量的变异系数较大，表明研究区域沉积物中TOC和TN的含量变化较大。

表 2(Table 2)

表 2 不同研究区域的沉积物中TOC和TN含量比较 Table 2 TOC and TN contents in sediments from different study areas 研究区域 Study area TOC (%) TN (mg/g) 数据来源 Data source 九龙江口红树林湿地 Mangrove wetland in the Jiulong River estuary 1.24~3.81 (2.00±0.77) 1.19~2.05 (1.59±0.30) 本研究 This study 福建漳江口红树林 湿地 Mangrove wetland in the Zhangjiang estuary 0.91~2.86 0.25~2.21 文献 Reference[11] 广西大冠沙红树林湿地 Mangrove wetland in Daguansha 2.26±1.84 0.45±0.34 文献 Reference[12] 广东湛江红树林湿地 Mangrove wetland in Zhanjiang 3.71±1.86 0.43±0.21 文献 Reference[12] 九龙江江东水库沉积物 Jiangdong reservoir sediment along the Jiulong River 0.91~1.78 0.95~1.60 文献 Reference[13] 苏北潮滩沉积物 Tidal flat sediment in the Northern Jiangsu 0.16~2.00 0.19~2.86 文献 Reference[14] 长江口崇明东滩 Chongming Dongtan in the Changjiang River estuary 0.1~0.7 0.14~0.78 文献 Reference[15]

表 2 不同研究区域的沉积物中TOC和TN含量比较 Table 2 TOC and TN contents in sediments from different study areas

与其它区域相比(表 2)，九龙江口红树林湿地沉积物中TOC含量与福建漳江口和广西大冠沙红树林湿地沉积物中含量相近，比广东湛江红树林中含量低。九龙江口红树林沉积物中TN含量与漳江口红树林中含量相近，高于广西大冠沙和广东湛江红树林湿地。将几个红树林湿地沉积物中TOC、TN含量与苏北潮滩和长江口崇明东滩沉积物中含量相比，红树林湿地沉积物中TOC和TN含量普遍较高，说明红树林湿地沉积物中有机质含量较其它类型潮滩的沉积物中含量高。同一流系内，九龙江口红树林湿地沉积物中TOC和TN含量也要高于九龙江江东水库沉积物中的含量。这些均印证了红树林生态系统高生产力的特点^[10]。

九龙江口红树林湿地沉积物中TOC和TN的平面分布如图 3所示，TOC和TN的含量均表现出由东向西、陆向海方向逐渐降低的趋势。TOC的最高值出现在A1站位(3.81%)，TN最高值出现在B1站位(2.05 mg/g)。沉积物中TOC和TN的这种分布趋势与余小青等^[4]报道的红树林湿地沉积物中高潮位C、N含量高于中潮位和低潮位含量的分布趋势相一致。

图 3 (Fig. 3)

图 3 九龙江口红树林沉积物中TOC和TN的平面分布图 Fig.3 Spatial distributions of TOC and TN contents in mangrove sediments in the Jiulong River estuary

九龙江口红树林湿地沉积物中TOC/TN比值为11.6~26.3，均值14.5±4.5。TOC/TN比值的平面分布特征与TOC、TN的平面分布类似，呈现出由陆向海方向TOC/TN值逐渐降低的趋势(图 4)。

图 4 (Fig. 4)

图 4 九龙江口红树林湿地沉积物中TOC/TN值平面分布 Fig.4 Spatial distribution of TOC/TN in mangrove sediments in the Jiulong River estuary

细颗粒物具有更大的比表面积，能吸附更多的有机质、Fe/Mn氧化物、粘土矿物等物质，通常细颗粒物中有机碳、氮、磷的含量较高^[16]。因此，沉积物中TOC和TN含量的平面分布特征常常受到沉积物粒度效应的影响^[17]。但在九龙江红树林湿地沉积物中，TOC和TN含量与沉积物中值粒径、粘土、粉砂或砂含量的平面分布并不一致(图 2~3)。并且通过相关性分析，只有TN与沉积物中泥含量(粘土与粉砂含量之和)表现出显著正相关(R=0.746, P < 0.01)，TOC与泥含量的相关系数为0.528，TOC、TN与其它粒度参数间的相关性并不显著(表 3)。表明沉积物中TOC和TN只表现出微弱的细颗粒富集，受到沉积物粒度效应的控制并不显著。

表 3(Table 3)

表 3 九龙江口湿地沉积物中TOC和TN含量与沉积物粒度参数的相关性系数 Table 3 Correlation coefficients between sediment TOC and TN contents and sediment grain size parameters in the Jiulong River estuary 粒度参数 Grain size parameters TOC TN 中值粒径 Median -0.016 0.268 粘土含量 Clay content -0.308 -0.154 粉砂含量 Silt content 0.517 0.473 砂含量 Sand content -0.529 -0.747** 泥含量 Mud content 0.528 0.746** 注：**在0.01水平上显著相关，泥含量等于粘土与粉砂之和 Note:**significantly correlated at 0.01 level，mud content is the sum of clay and silt contents

表 3 九龙江口湿地沉积物中TOC和TN含量与沉积物粒度参数的相关性系数 Table 3 Correlation coefficients between sediment TOC and TN contents and sediment grain size parameters in the Jiulong River estuary

红树林有发达的根系及树枝的阻挡，潮汐、波浪的能量因此大大损耗，并使得红树林有很好的促淤功能。九龙江红树林沉积物中各粒度参数的变异系数均较小(中值粒径、粘土和粉砂的变异系数分别为2.76%、13.87%和5.00%), 说明沉积物的粒径差异较小，水动力环境的空间变化较小。并且沉积物的分选系数表明沉积物的分选较差。说明红树林中沉积物受到潮汐、波浪的冲刷和分选作用较弱。在水动力对沉积物的分选改造作用很弱的情况下，沉积物中的TOC和TN含量没有表现出显著的粒度效应是合理的，说明粒度效应并不是控制红树林湿地沉积物中营养盐含量的主要因素。另外，沉积物中TOC和TN的平面分布特征可能主要由其物质来源决定，而其主要来源可能与沉积物中细颗粒的来源并不一致，这可能是沉积物中TOC和TN的粒度效应表现较弱的另一原因。

九龙江口红树林沉积物中TOC和TN含量呈现出相似的分布趋势，即含量由陆向海逐渐降低。同时，沉积物中TOC与TN含量间存在显著相关性，相关系数R为0.778(P < 0.01)，说明沉积物中TOC与TN的分布和性质较为相似。TOC和TN含量由陆向海逐渐降低的分布趋势，说明沉积物中的有机质可能主要来源于红树林。红树林凋落物被分解成可溶性或不可溶的有机物碎屑，被河口和邻近海域的异养生物利用，是红树林生态系统中碎屑食物链的基础。红树林产生有机质使得林内沉积物中TOC和TN含量较高。沉积物中TOC和TN含量越向海端越低，很可能说明沉积物中C和N存在向海水迁移的趋势。潮位越低沉积物与海水的接触时间越长、频率越高，沉积物中有机碳、氮向海水中迁移的量越多，使得沉积物中TOC和TN含量降低。邱悦等^[18]通过研究九龙江口红树林沉积物与潮水的营养盐交换，发现沉积物具有向毗邻水域输出和溶解颗粒有机碳的作用，印证了本研究的上述推测，表明红树林沉积物是邻近河口水体中有机碳和氮的源。

海洋浮游藻类也是红树林生态系统中重要的初级生产力^[19]，因此也是红树林沉积物中有机质的重要来源。藻类富含蛋白质而缺乏纤维素，而脉管类等陆地高等植物体内纤维素含量高，蛋白质含量较低。因此海洋植物有机质C/N比较低，通常在4~10左右；而陆地植物有机质物C/N较高，通常大于20或更高^[20]。据报道，广西茅尾海红树林衰老的叶片中的C/N值为25.3~68.3，平均值37.4^[21]。九龙江口红树林湿地沉积物中TOC/TN的比值范围(11.6~26.3) 介于红树林植物和海洋浮游植物的TOC/TN值之间，表明沉积物中有机质可能为红树林植物碎屑和海洋浮游植物碎屑的混合来源。

如果仅考虑红树林碎屑和海洋浮游植物碎屑作为沉积物中有机质来源，可应用一个有机质C/N的二元混合模型，大致估算红树林植物碎屑和海洋浮游植物碎屑二个端元分别对沉积物中有机质的贡献率^[22]。海洋浮游藻类与红树林植物碎屑有机质C/N代表值分别取7和37进行计算。结果显示，红树林植物碎屑的贡献率为35.7%~84.7%，平均值74.9%，海洋浮游植物碎屑贡献率为15.3%~64.3%，平均值25.1%。总体而言，红树林植物的贡献要高于海洋浮游植物的贡献。TOC/TN比值由陆向海方向逐渐降低，可能表明越向海方向，红树林碎屑所贡献的比例降低，而海洋浮游植物碎屑所贡献的比例升高。

另一方面，九龙江口甘文红树林保护区东部，一堤之隔，是密布的鱼、虾、蟹等海水养殖区。海水养殖过程中大量投放的饵料和养殖动物的代谢产物进入沉积物或悬浮于水中，致使养殖水体中氮、磷等营养要素和有机物含量猛增，水体富营养化严重^[23-24]。海水养殖区通过海水的涨潮落潮进行换水，将氮、磷、有机质含量高的养殖废水排放到近岸水体。因此红树林东部的海水养殖区的有机质和氮污染物的排放，可能是红树林沉积物中有机碳和氮的另一个重要来源，并造成了红树林沉积物中较高含量的TOC和TN，及其由东向西、由陆向海方向含量逐渐降低的分布趋势。但是，因对于养殖废水中颗粒态有机质的C/N比值尚不清楚，如要考虑养殖废水输入对于沉积物中有机质的贡献率，仍需进一步的调查研究。

九龙江口红树林湿地沉积物中TOC和TN的含量分别为1.24%~3.81%和1.19~2.05 mg/g，均值分别为(2.00±0.77)%和(1.59±0.3) mg/g，TOC/TN比值范围为11.6~26.3，均值14.5±4.5。红树林沉积物中TOC、TN含量与TOC/TN比值的平面分布呈现出由东向西、由陆向海方向逐渐降低的趋势。

沉积物中TOC和TN含量与沉积物的中值粒径、粘土和粉砂含量等粒径参数具有不同的分布趋势，且相关性较差，可见在九龙江口红树林湿地中，粒度效应并不是控制沉积物中TOC和TN含量分布的主要因素。这可能是由红树林中水动力弱、沉积物分选差造成的，也可能与沉积物中有机碳和氮的来源与细颗粒沉积物的来源并不一致有关。

根据沉积物中TOC和TN含量的平面分布以及C/N比值，推断红树林湿地沉积物中有机碳和氮的主要来源可能是红树林植物碎屑、红树林东部海水养殖区排放的有机碳和氮污染物输入，以及海洋浮游植物碎屑。